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简易船用航行数据记录系统的研制

作　者: 郭宝清
导　师: 黄光明
学　校: 华中师范大学
专　业: 电路与系统
关键词: S-VDR 嵌入式网络分布式数据采集 NAND Flash阵列集中式存储管理
分类号: U665.26
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 89次
引　用: 4次
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内容摘要

S—VDR(The Simplified Voyage Data Recorder)是一个精简型的，专门为在航船舶设计的航行数据记录仪，其功能与VDR(Voyage Data Recorder)基本相同，只是性能和要求有所简化。它以一种安全和可恢复方式保存船舶上最近时间的船舶物理状态、动态、命令和操纵的相关信息，有助于获得可靠、正确的有关事故原因和细节方面信息，便于事故调查，增强航海交通的安全。随着嵌入式网络技术的发展和成熟，海事产品向网络化方向发展是必然趋势，采用网络结构设计S—VDR，可使得其数据采集和传输变得更加方便，数据的安全性和可靠性得到提高，也使系统模块化设计成为可能，增强系统的易扩展、易维护的特点。本文提出了一种基于嵌入式以太网技术、分布式数据采集和集中管理相结合的简易型船用航行数据记录系统的设计方案，并实现了样机的研制。在介绍S—VDR研制的背景和意义的基础上，本文结合S—VDR的功能需求，参考国内外各种同类和相似产品的特点，分析了S-VDR所涉及的几个关键技术，提出了基于嵌入式以太网结构的S-VDR系统总体设计方案。论文中阐述了系统的整体设计思想和各子系统设计要点等。在硬件电路设计部分，详述了以Coldfire 5307为核心的HVR子系统主控系统、主控系统与大容量NAND Flash存储阵列接口、基于MC9S12NE64的网络数据采集子系统核心以及各类数据采集模块的实现和设计要点。在HVR子系统软件实现部分，特别地对存储系统的NAND Flash阵列的驱动开发、数据存储管理机制、坏块的管理以及容错设计等方面给出了具体说明。在数据采集子系统软件设计上介绍了自定义的S-VDR命令协议接口以及NMEA-0183国际协议标准，实现了OpenTCP协议栈在MC9S12NE64上的移植。在对样机进行了严格性能测试的基础上，论文最后给出了系统运行测试报告，实际测试运行结果表明，系统性能达到预期设计要求。本文所讨论的S-VDR选用低成本低功耗硬件方案，采用嵌入式以太网技术，使系统满足海事产品的可靠性、安全性设计要求，其技术性能也满足国际海事组织的相关规定。其模块化设计灵活地实现了分布式数据采集，使系统易于安装、易于扩展，更容易适应不同类型船舶的不同需求。其系统设计方案也可为车载“黑匣子”、智能建筑等数据采集的嵌入式应用提供一种新的思路，促进社会信息化的发展。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-16
  1.1 研制背景与意义  9-11
  1.2 简易航行数据记录系统的性能要求和技术特性  11-13
  1.3 国内外发展状况  13-14
  1.4 论文研究内容及结构  14-16
第二章系统总体设计  16-22
  2.1 S-VDR面临的关键技术问题  16-17
  2.2 系统总体设计  17-19
  2.3 HVR设计  19
  2.4 数据采集子系统设计  19-20
  2.5 S-VDR供电子系统设计  20-22
第三章硬件设计  22-38
  3.1 基于Coldfire 5307的HVR子系统硬件实现  22-27
    3.1.1 主控系统  22-24
    3.1.2 存储阵列及接口设计  24-27
  3.2 基于NE64的数据采集子系统硬件设计  27-38
    3.2.1 NE64核心系统硬件设计  27-31
    3.2.2 步进电机模块  31-32
    3.2.3 数字开关量模块  32-33
    3.2.4 自整角机模块  33-34
    3.2.5 模拟量模块  34-35
    3.2.6 声音模块  35-36
    3.2.7 多串口集成模块  36-38
第四章数据存储HVR子系统软件设计  38-55
  4.1 主控系统uCLinux的移植  38-39
  4.2 NAND Flash驱动  39-45
  4.3 系统配置管理  45-46
  4.4 系统存储管理  46-52
    4.4.1 存储机制  46-47
    4.4.2 坏块信息存储与维护  47-48
    4.4.3 NAND Flash的ECC  48-52
  4.5 应用程序编程实现  52-55
    4.5.1 连接请求处理程序  52-53
    4.5.2 存储管理程序  53-55
第五章数据采集子系统软件设计  55-64
  5.1 S-VDR协议命令接口  55-56
  5.2 NMEA 0183协议格式  56-57
  5.3 OpenTCP协议栈在NE64上的移植  57-63
    5.3.1 OpenTCP概述  57-58
    5.3.2 数据链路层的实现  58-59
    5.3.3 网络层的实现  59-60
    5.3.4 传输层协议的实现  60-63
  5.4 应用层的实现  63-64
第六章系统性能测试和总结  64-69
  6.1 性能测试  64-67
    6.1.1 存储速度测试  64-65
    6.1.2 连接数测试及模块性能测试  65-66
    6.1.3 环境测试  66
    6.1.4 系统配置测试  66-67
  6.2 总结与展望  67-69
参考文献  69-72
在校期间发表的论文、科研成果等  72-73
致谢  73

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